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在地球南北极附近或者高纬度地区，有时在晚上会看到一种灿烂美丽的彩色光带，非常迷人。它有时如缕缕炊烟，有时像一弯弧光；有时又如龙蛇游动，有时还像多彩的帷幔自高空垂下，令人叹为观止。这种神奇瑰丽的自然美景就是难得一见的奇妙的极光，它是大自然呈现给人们的最美丽、最神奇、最壮观的奇妙景观之一。千百年来，人们一直不停地对极光现象进行探索与研究，力图揭开极光现象之谜，然而进展甚微。
我们的祖先早在2000多年前，就开始观测北极光。这比西方国家早了一千多年，并留下了丰富翔实的观测记录资料。公元前950年《竹书纪年》中记载有：“周昭王末年，夜清，五色光贯紫薇。”《汉书》中也有更为准确、生动、详尽的有关极光的描述。史料表明：白公元前2000年到公元1751年，有关极光的记载就达474次之多：在公元1—10世纪的180多次有关极光的记载之中，有确切日期的就高达140余次。
在古希腊和古罗马时期，有过许多对北极光观测的记录，其中大部分把它视为战争和其他灾难的征兆。古希腊最著名的哲学家亚里士多德(公元前384年一公元前322年)是最早把北极光作为自然现象来理解和描述的人，他认为天与地是两个不同的球体，地球在天球的内部，极光是由于“天上的裂缝”所致。地球白天释放出气体和蒸汽，这些气体和蒸汽向上运行，遇到天球之后便会发生爆炸，爆炸后产生的火焰照亮了天空。天文学家开普勒和伽利略对极光现象非常感兴趣，伽利略是第一个用“极光”一词来命名此现象的人。
极光常见于高磁纬度地区，大约离磁极点磁纬度在25。一30。的范围内常出现极光现象，这个区域被称为极光区；在地磁纬度60°—45°之间的区域称为弱极光区；在磁纬度低于45°的区域称为微极光区。
极光的下边界的高度离地面不到100千米，极光发光处的高度为110千米左右，正常的最高边界约为300千米，在极端情况下，可达1000千米以上。
在18世纪以前，生活在极区附近的居民虽然时常目睹这蔚为壮观的迷人景象，却往往误认为是远处发生了火灾所致：也有的人认为这是由于极地的冰雪把远处的太阳光反射到了天穹上所致：更有人迷信说这是女神在扬袖起舞或者是精灵在空中描绘出的美丽图案。
这种神奇的极光究竟是怎样产生的?为什么只有在地球两极附近的人们才能有幸看到呢?直到18世纪中叶，极光产生的原因才真正的被发现。十八世纪中期，瑞典的乌普萨拉地球物理观象台的科学家塞尔厄斯和希尔奥特发现，当该台观测到极光的时候，地面上的罗盘的指针会出现不规则的方向变化，其变化范围达1度之多；与此同时，伦敦的格拉汉姆地磁台也观测到了类似的现象：英国天文学家埃德蒙·哈雷发现了极光的出现与地球磁场的变化这一特殊关系，北欧的几名科学家也发现了极光和地球磁场之间的联系。因此，他们认为极光的出现与地磁场有着密切的关系。
在上个世纪末，由于人造地球卫星和宇宙探测器的应用，使人们有幸观察到了极光环，了解到地磁场的分布特点，从而解开了极光之谜。极光的出现与磁暴、地冕、太阳风和宇宙射线的活动程度都有关系，因此也同太阳的活动有密切的关系。科学家们通过深入的研究发现：地磁场的分布并非像条形磁铁的磁场那样规则对称，而是由于受太阳的影响呈现非对称分布。
现在我们知道，极光的形成是距地面100—300千米的高层大气粒子与太阳风碰撞的结果。极光的光谱线波长范围约为310—670纳米，几乎涵盖了可见光光谱，因此其颜色五彩缤纷、姹紫嫣红。太阳风是太阳释放出的一股粒子流(电子和质子)，以每小时150万千米以上的速度运行，最终被地球的磁场捕获。当它们进入地球磁场之后，由于受到洛伦兹力的作用，带电粒子沿地磁场的磁感线做螺旋线运动，致使这些粒子的运动速度加快，并向磁极运动，最终被地磁场“俘获”落到地球两极上空的大气层中。这些带电粒子与大气层中的氮分子、氧分子等不断的发生碰撞，使得带电粒子的能量转移到大气分子上，使大气层中的分子电离，从而使之发光，因此而形成绚丽多姿、丰富多彩的极光。极光的颜色取决于被碰撞分子的类型，亦即由气体分子受激、电离的具体情况决定。受激的氧原子发出波长为557，7纳米的绿光和波长为656.3纳米的红光：电离了的氮原子发出波长在391.4—470.0纳米的紫色光和蓝色光以及波长在650—680纳米范围内的深红色光。其中最重要的谱线是557.7纳米的氧原子绿线，称为极地绿线，因此通常人们用肉眼看到的极光是绿色、蓝色。
极光的形状和颜色是千变万化的，在天空中呈现出帷幕状、弧状、带状、射线状或彩云状、烈炎状等多种奇异的形状，光彩夺目，令观赏者大为着迷，兴奋异常，惊叹不已；大自然的鬼斧神工确实令人叫绝。极光出现的位置并不是固定不动的，它常常会在地球磁极附近的一个椭圆形区域内移动，可以延伸到芬兰、斯堪的纳维亚、冰岛、加拿大和美国北部以及西伯利亚等广大的地区。这一椭圆形区域的大小取决于太阳风的强弱和速度。在每11年一循环的太阳活动盛期，这一区域面积最大。
极光也可在白天出现，但由于太阳光太强，因此肉眼是无法观测到的。在太阳系的其他星球上，只要大气和磁场条件与地球相似，也是能够产生极光现象的。由探测器发回的图像显示，土星的极地地区同样出现了红色的极光现象。与地球上一样，土星上的极光也是太阳风进入土星大气层而产生的。
现在，科学家们用日益科学的手段研究和了解太阳的活动，并尽量提前预知这些自然现象，以减轻消极影响。瑞典、芬兰和挪威都设有地球和行星环境研究中心，科学家们通过雷达向电离层发射高频电磁波。这些电波中有一小部分返回雷达，就足以在电脑屏幕上反映出大量太阳粒子的到来所引起的大气变化。
当然，最重要的是要了解太阳和地球之间的相互作用。为此，科学家们发射了几颗探测卫星。1990年，欧洲航天局发射了“尤利西斯”探测器，它绘制了完整的日光层图，并观察到太阳两极的风速大于赤道的风速。1995年，美国国家航空和航天局与欧洲航天局联合发射了一个太空观测台，这个观测台距地球大约150万千米，其主要任务是观测太阳活动和太阳风的状况。后来，欧洲航天局又发射了一组4颗卫星，它们沿着一条椭圆形轨道围绕着地球运行，运行高度在1.9万千米至12万千米之间。其任务是对地球的电离层环境进行观测，并分析地球和太阳之间的关系。
极光中蕴藏着巨大的能量。有时十几分钟的极光的能量就足以供给全世界的能源所需。这也许会成为本世纪人类可以开发利用的又一种新能源，为缓解人类能源趋紧的状况又带来了新的希望。
尽管人们对极光已有所了解和研究，但是关于极光仍存在着许多疑问和未解之谜。比如，怎样才能利用极光现象发生时大气层释放出来的能量?极光有没有声音呢?人们能够避免它所带来的负面影响吗?这些都是目前人们想急于解决的问题。科学家们对于极光的研究可以说是日新月异，但与我们看到极光时的强烈震撼相比，人们的研究手段和科学技术似乎都显得太微不足道了。
我们的祖先早在2000多年前，就开始观测北极光。这比西方国家早了一千多年，并留下了丰富翔实的观测记录资料。公元前950年《竹书纪年》中记载有：“周昭王末年，夜清，五色光贯紫薇。”《汉书》中也有更为准确、生动、详尽的有关极光的描述。史料表明：白公元前2000年到公元1751年，有关极光的记载就达474次之多：在公元1—10世纪的180多次有关极光的记载之中，有确切日期的就高达140余次。
在古希腊和古罗马时期，有过许多对北极光观测的记录，其中大部分把它视为战争和其他灾难的征兆。古希腊最著名的哲学家亚里士多德(公元前384年一公元前322年)是最早把北极光作为自然现象来理解和描述的人，他认为天与地是两个不同的球体，地球在天球的内部，极光是由于“天上的裂缝”所致。地球白天释放出气体和蒸汽，这些气体和蒸汽向上运行，遇到天球之后便会发生爆炸，爆炸后产生的火焰照亮了天空。天文学家开普勒和伽利略对极光现象非常感兴趣，伽利略是第一个用“极光”一词来命名此现象的人。
极光常见于高磁纬度地区，大约离磁极点磁纬度在25。一30。的范围内常出现极光现象，这个区域被称为极光区；在地磁纬度60°—45°之间的区域称为弱极光区；在磁纬度低于45°的区域称为微极光区。
极光的下边界的高度离地面不到100千米，极光发光处的高度为110千米左右，正常的最高边界约为300千米，在极端情况下，可达1000千米以上。
在18世纪以前，生活在极区附近的居民虽然时常目睹这蔚为壮观的迷人景象，却往往误认为是远处发生了火灾所致：也有的人认为这是由于极地的冰雪把远处的太阳光反射到了天穹上所致：更有人迷信说这是女神在扬袖起舞或者是精灵在空中描绘出的美丽图案。
这种神奇的极光究竟是怎样产生的?为什么只有在地球两极附近的人们才能有幸看到呢?直到18世纪中叶，极光产生的原因才真正的被发现。十八世纪中期，瑞典的乌普萨拉地球物理观象台的科学家塞尔厄斯和希尔奥特发现，当该台观测到极光的时候，地面上的罗盘的指针会出现不规则的方向变化，其变化范围达1度之多；与此同时，伦敦的格拉汉姆地磁台也观测到了类似的现象：英国天文学家埃德蒙·哈雷发现了极光的出现与地球磁场的变化这一特殊关系，北欧的几名科学家也发现了极光和地球磁场之间的联系。因此，他们认为极光的出现与地磁场有着密切的关系。
在上个世纪末，由于人造地球卫星和宇宙探测器的应用，使人们有幸观察到了极光环，了解到地磁场的分布特点，从而解开了极光之谜。极光的出现与磁暴、地冕、太阳风和宇宙射线的活动程度都有关系，因此也同太阳的活动有密切的关系。科学家们通过深入的研究发现：地磁场的分布并非像条形磁铁的磁场那样规则对称，而是由于受太阳的影响呈现非对称分布。
现在我们知道，极光的形成是距地面100—300千米的高层大气粒子与太阳风碰撞的结果。极光的光谱线波长范围约为310—670纳米，几乎涵盖了可见光光谱，因此其颜色五彩缤纷、姹紫嫣红。太阳风是太阳释放出的一股粒子流(电子和质子)，以每小时150万千米以上的速度运行，最终被地球的磁场捕获。当它们进入地球磁场之后，由于受到洛伦兹力的作用，带电粒子沿地磁场的磁感线做螺旋线运动，致使这些粒子的运动速度加快，并向磁极运动，最终被地磁场“俘获”落到地球两极上空的大气层中。这些带电粒子与大气层中的氮分子、氧分子等不断的发生碰撞，使得带电粒子的能量转移到大气分子上，使大气层中的分子电离，从而使之发光，因此而形成绚丽多姿、丰富多彩的极光。极光的颜色取决于被碰撞分子的类型，亦即由气体分子受激、电离的具体情况决定。受激的氧原子发出波长为557，7纳米的绿光和波长为656.3纳米的红光：电离了的氮原子发出波长在391.4—470.0纳米的紫色光和蓝色光以及波长在650—680纳米范围内的深红色光。其中最重要的谱线是557.7纳米的氧原子绿线，称为极地绿线，因此通常人们用肉眼看到的极光是绿色、蓝色。
极光的形状和颜色是千变万化的，在天空中呈现出帷幕状、弧状、带状、射线状或彩云状、烈炎状等多种奇异的形状，光彩夺目，令观赏者大为着迷，兴奋异常，惊叹不已；大自然的鬼斧神工确实令人叫绝。极光出现的位置并不是固定不动的，它常常会在地球磁极附近的一个椭圆形区域内移动，可以延伸到芬兰、斯堪的纳维亚、冰岛、加拿大和美国北部以及西伯利亚等广大的地区。这一椭圆形区域的大小取决于太阳风的强弱和速度。在每11年一循环的太阳活动盛期，这一区域面积最大。
极光也可在白天出现，但由于太阳光太强，因此肉眼是无法观测到的。在太阳系的其他星球上，只要大气和磁场条件与地球相似，也是能够产生极光现象的。由探测器发回的图像显示，土星的极地地区同样出现了红色的极光现象。与地球上一样，土星上的极光也是太阳风进入土星大气层而产生的。
现在，科学家们用日益科学的手段研究和了解太阳的活动，并尽量提前预知这些自然现象，以减轻消极影响。瑞典、芬兰和挪威都设有地球和行星环境研究中心，科学家们通过雷达向电离层发射高频电磁波。这些电波中有一小部分返回雷达，就足以在电脑屏幕上反映出大量太阳粒子的到来所引起的大气变化。
当然，最重要的是要了解太阳和地球之间的相互作用。为此，科学家们发射了几颗探测卫星。1990年，欧洲航天局发射了“尤利西斯”探测器，它绘制了完整的日光层图，并观察到太阳两极的风速大于赤道的风速。1995年，美国国家航空和航天局与欧洲航天局联合发射了一个太空观测台，这个观测台距地球大约150万千米，其主要任务是观测太阳活动和太阳风的状况。后来，欧洲航天局又发射了一组4颗卫星，它们沿着一条椭圆形轨道围绕着地球运行，运行高度在1.9万千米至12万千米之间。其任务是对地球的电离层环境进行观测，并分析地球和太阳之间的关系。
极光中蕴藏着巨大的能量。有时十几分钟的极光的能量就足以供给全世界的能源所需。这也许会成为本世纪人类可以开发利用的又一种新能源，为缓解人类能源趋紧的状况又带来了新的希望。
尽管人们对极光已有所了解和研究，但是关于极光仍存在着许多疑问和未解之谜。比如，怎样才能利用极光现象发生时大气层释放出来的能量?极光有没有声音呢?人们能够避免它所带来的负面影响吗?这些都是目前人们想急于解决的问题。科学家们对于极光的研究可以说是日新月异，但与我们看到极光时的强烈震撼相比，人们的研究手段和科学技术似乎都显得太微不足道了。